Bachelor's Thesis

Current source module for electrical impedance tomography

Final Thesis 1.8 MB Appendix 822.97 kB

Author of thesis: Matěj Rous

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zoltán Szabó, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the current source module design, which is a part of a modular system for electrical impedance tomography (EIT). The goal of this work is to create a functional current source capable of feeding a 4800 Ω load with maximal amplitude of 10 mA harmonic current in the signal frequency range from tens of Hz up to 100 kHz. The thesis concentrates on selecting the most suitable circuit topology, practical implementation, and measurement of real-world characteristics. Simulations to verify the theory were conducted using PSpice, and KiCad was used for the practical PCB design.

Keywords:

electric impedance tomography; Howland topology; current source

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentuje svou bakalářskou práci. Student reaguje na otázky oponenta. Prof. Šotner se ptá na výhodu diferenční struktury z hlediska šumu. Student odpovídá. Dr. Dřínovský se ptá na realizaci zátěže a samotného zapojení. Student odpovídá. Prof. Šotner se ptá na užití modelů tkání. Student diskutuje.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Roman Šotner, Ph.D. (předseda)
Ing. Jan Kufa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Josef Vychodil, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Dřínovský, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Franek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D.

Student Matěj Rous splnil všechny body zadání. Prostudoval principy elektrické impedanční tomografie formuloval technické požadavky na proudový zdroj (rozsah proudu do 10 mA, kmitočet do 100 kHz, kompatibilita napájení ±48 V a mechanické rozhraní sběrnice systému). Provedl teoretickou analýzu a počítačové simulace v programu PSpice pro několik topologií , ze kterých vybral zrcadlový vylepšený Howlandův proudový zdroj s operačním zesilovačem PA340. V programu KiCad úspěšně navrhl desku plošných spojů, modul fyzicky realizoval, osadil a oživil. V závěrečné části práce experimentálně ověřil funkčnost a změřil klíčové vlastnosti obvodu (převodní a frekvenční charakteristiky) a zhodnotil limity jeho stability. Pravidelně docházel na konzultace, oceňuji také jeho zapojení do širšího výzkumného týmu elektrické impedanční tomografie na ústavu. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zoltán Szabó, Ph.D.

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem, realizací a ověřením modulu proudového zdroje pro elektrickou impedanční tomografii. Student splnil všechny body zadání a prokázal schopnost samostatně řešit technický problém od teoretické analýzy přes simulace až po praktickou realizaci a měření. Práce je po odborné stránce zpracována na velmi dobré úrovni a odpovídá požadavkům kladeným na bakalářskou práci. Autor vhodně analyzoval dostupné topologie proudových zdrojů a na základě simulací zvolil zrcadlový Howlandův proudový zdroj. Oceňuji také návrh desky plošných spojů, realizaci funkčního prototypu a rozsáhlé experimentální ověření jeho parametrů. Výsledky měření jsou přehledně prezentovány a vyhodnoceny včetně porovnání se simulacemi. Pozitivně hodnotím, že student otevřeně diskutuje omezení navrženého řešení a uvádí možné příčiny rozdílů mezi simulovanými a reálnými výsledky. Práce je napsána srozumitelně, logicky členěna a opírá se o dostatečné množství relevantní literatury, která je správně citována. Po formální stránce se vyskytují pouze drobné nedostatky, například stylistická chyba ve větě „Například krevní plazma je o tři řády menší než kostní tkáň“, kde chybí specifikace porovnávané veličiny. Dále lze vytknout nejednotnou velikost některých schémat zapojení v textu. Tyto nedostatky však nijak zásadně nesnižují odbornou úroveň práce. Celkově hodnotím práci jako zdařilou, přínosnou a splňující požadavky na bakalářskou práci. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A – 90bodů. Topics for thesis defence:
  1. Ve své práci uvádíte rozdíly mezi simulovanými a naměřenými výsledky při vyšších frekvencích a větších impedancích zátěže. Jaké konkrétní úpravy zapojení nebo volbu jiných součástek byste navrhl pro dosažení požadovaných parametrů v celém rozsahu zadání?
  2. Proč byl pro realizaci proudového zdroje zvolen právě zrcadlový Howlandův proudový zdroj a jaké jsou jeho hlavní výhody a nevýhody ve srovnání s jinými topologiemi používanými v elektrické impedanční tomografii?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová